#include <iostream>
#include <memory>
#include <iterator>
#include <algorithm>
using namespace std;

template <class T, class Alloc>
class simple_alloc {
public:
    static T* allocate(size_t n) {
        return Alloc::allocate(n);
    }

    static void deallocate(T* p, size_t n) {
        Alloc::deallocate(p, n);
    }
};

//T:表示储存的元素类型，Alloc:表示内存分配器类型，默认值为alloc
template <class T, class Alloc = allocator<T>> 
class vector {
public:
    typedef T value_type;//元素类型
    typedef value_type* pointer;//指向元素的指针类型
    typedef const value_type* const_pointer;//指向常量元素的指针类型
    typedef value_type* iterator;//迭代器类型
    typedef const value_type* const_iterator;//常量迭代器类型
    typedef value_type& reference;//元素引用类型
    typedef const value_type& const_reference;//常量元素引用类型
    typedef size_t size_type;//用于表示大小的类型
    typedef ptrdiff_t difference_type;//用于表示指针插值的类型
    typedef std::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;

protected:
    typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;    
    //开始位置
    iterator start;
    //结束位置
    iterator finish;
    //数组的最后位置
    iterator end_of_storage;
    //辅助函数用于在指定位置插入元素
    void insert_aux(iterator position, const T& x);
    //释放动态数组的内存
    void deallocate() {
        //如果start不为空调用data_allocator::deallocate释放内存
        if(start) data_allocator::deallocate(start, end_of_storage - start);
    }
    
    //申请n * sizeof(T)个空间，并将空间内容都填充为value,同时复制start, finish, end_of_storage
    void fill_initialize(size_type n, const T& value) {
        //调用allocate_and_fill函数分配n个元素的内存空间，并将每个元素化为value
        start = allocate_and_fill(n, value);
        finish = start + n;//指向动态数组的最后一个元素的下一个位置
        end_of_storage = finish;//指向动态数组的容量结束位置
    }

public:
    iterator begin() { return start; }//begin()函数
    const_iterator begin() const { return start; }
    iterator end() { return finish; }//end()函数
    const_iterator end() const { return finish; }
    reverse_iterator<iterator> rbegin() { return reverse_iterator<iterator>(end()); }//用于返回一个逆向迭代器指向容器的最后一个元素
    const_reverse_iterator rbegin() const { 
        return const_reverse_iterator(end()); 
    }
    reverse_iterator<iterator> rend() { return reverse_iterator<iterator>(begin()); }
    const_reverse_iterator rend() const {
        return const_reverse_iterator(begin());
    }
    size_type size() const { return size_type(end() - begin()); }//size()函数，计算元素的数量
    size_type max_size() const { return size_type(-1) / sizeof(T); }//返回容器可以容纳的最大元素数量
    size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); }//返回容器当前分配的内存可以容纳的元素数量
    bool empty() const { return begin() == end(); }//empty()函数，检查容器是否为空
    reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); }//返回容器中第n个元素的引用，重载运算符[]
    const_reference operator[](size_type n) const { return *(begin() + n); }

    vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0) {}//初始化start, finish, end_of_storage为0
    vector(size_type n, const T& value) {fill_initialize(n, value); }//调用fill_initialize函数分配内存并初始化元素
    vector(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
    vector(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
    //explicit防止隐式类型转换，避免意外的构造函数调用或类型转换
    explicit vector(size_type n) { fill_initialize(n, T()); }
    vector(const vector<T, Alloc>& x) {
        //x.end() - x.begin() 求的n是为了内存分配和回滚用
        //“回滚”：通常值程序执行过程中，如果发生错误或异常，撤销已经执行的操作，恢复到之前的状态。
        //回滚机制在资源管理、事务处理等场景中非常重要，以确保程序的健壮性和统一性
        start = allocate_and_copy(x.end() - x.begin(), x.begin(), x.end());
        finish = start + (x.end() - x.begin());
        end_of_storage = finish;
    }

    //支持成员模板的情况
    #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
    template <class InputIterator>//这是一个模板构造函数可以接受任何类型的输入迭代器
    vector(InputIterator first, InputIterator last) :
    start(0), finish(0), end_of_storage(0)
    {
        //调用range_initialize函数，根据迭代器范围[first, last)初始换函数
        range_initialize(first, last, iterator_category(first));
    }
    //不支持成员模板的情况
    #else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
    vector(const_iterator first, const_iterator last) {
        size_type n = 0;
        distance(first, last, n);
        start = allocate_and_copy(n, first, last);
        finish = start + n;
        end_of_storage = finish;
    }
    #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

    ~vector() {//析构函数
        destroy(start, finish);
        deallocate();
    }
    vector<T, Alloc>& operator=(const vector<T, Alloc>& x);//赋值重载构造函数

    //reserve函数会先申请n个空间，然后将以前的拷贝，并修改finish, end_of_storage
    //同时n < capacity 时，不做任何更改
    void reserve(size_type n) {
        //如果当前容量小于N
        //分配n个元素的内存空间，并将当前容器的内容赋值到新分配的函数中
        //销毁当前容器的内容并释放内存，更新start等值
        if(capacity() < n) {
            const size_type old_size = size();
            //和resize不同的时，申请空间了，但是并没有初始化、
            iterator tmp = allocate_and_copy(n, start, finish);
            destroy(start, finish);
            deallocate();
            start = tmp;
            finish = tmp + old_size;
            end_of_storage = start + n;
        }
    }
    reference front() { return *begin(); }//返回容器中的第一个元素
    const_reference front() const{ return *begin(); }
    reference back() { return *(end() - 1); }//返回容器中最后一个元素
    const_reference back() const { return *(end() - 1); }
    void push_back(const T& x) {
        //不到结尾，可以直接构造，然后将finish指针往后移
        if(finish != end_of_storage) {
            construct(finish, x);
            ++finish;
        }
        else
            insert_aux(end(), x);//空间不满足了
    }
    void swap(vector<T, Alloc>& x) {//交换当前容器与另一个容器x的内容
        std::swap(start, x.start);
        std::swap(finish, x.finish);
        std::swap(end_of_storage, x.end_of_storage);
    }
    iterator insert(iterator position, const T& x) {//在指定位置插入元素
        size_type n = position - begin();//计算插入位置的偏移量n
        if(finish != end_of_storage && position == end()) {
            //如果容器有足够的空间且插入位置在末尾，直接在finish位置构造元素
            //并将finish位置后移
            construct(finish, x);
            ++finish;
        }
        else
            insert_aux(position, x);
        return begin() + n;

    }
    iterator insert(iterator position) { return insert(position, T()); }

    //同上面的构造函数一样分为支持成员模板情况，以及不支持成员模板情况，进行操作
    #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES
    template <class InputIterator>
    void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last) {
        range_insert(position, first, last, iterator_category(first));
    }
    #else /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */
    void insert(iterator position,const_iterator first, const_iterator last);
    #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */

    //在指定位置插入n个值为x的元素
    //通用实现，接受size_type类型的N
    void insert (iterator pos, size_type n, const T& x);
    //重载版本接受int类型的n
    void insert (iterator pos, int n, const T& x) {
        insert(pos, (size_type) n, x);
    }
    //重载版本接受long类型的n
    void insert (iterator pos, long n, const T& x) {
        insert(pos, (size_type) n, x);
    }

    void pop_back() {//删除容器中的最后一个元素
        --finish;
        destroy(finish);
    }
    iterator erase(iterator position) {//删除单个元素
        //如果position不是最后一个元素将[position + 1, finish)范围内的元素前移
        if(position + 1 != end()) {
            copy(position + 1, finish, position);
        }
        --finish;
        destroy(finish);
        return position;
    }
    iterator erase(iterator first, iterator last) {//删除范围
        iterator i = copy(last, finish, first);
        destroy(i, finish);
        finish = finish - (last - first);
        return first;
    }
    void resize(size_type new_size, const T& x) {//调整容器的大小为new_size
        if(new_size < size())//如果new_size < size()
            erase(begin() + new_size, end());//删除多余元素
        else //如果new_size > size()
            insert(end(). new_size - size(), x);//在末尾插入new_size - size()个值为x的元素

    }
    void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
    void clear() { erase(begin(), end()); }

protected:
    iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x) {
        iterator result = data_allocator::allocate(n);
        try {
            uninitialized_fill_n(result, n, x);
            return result;
        }catch(...) {
            data_allocator::deallocate(result, 0);
            throw;
        }
    }
};

//比较两个vecote对象是否相等，先比较两个vecotr的size(),再比较他们的内容
template <class T, class Alloc>
inline bool operator == (const vector<T, Alloc>&x, const vector<T, Alloc>& y) {
    return x.size() == y.size() && equal(x.begin(), x.end(), y.begin());
}

//比较两个vector对象的字典序
template <class T, class Alloc>
inline bool operator < (const vector<T, Alloc>& x, const vector<T, Alloc>& y) {
    return lexicographical_compare(x.begin(), x.end(), y.begin(), y.end());
}

//实现vector的赋值运算符，将一个vector对象赋值给另一个vector对象
template <class T, class Alloc>
vector<T, Alloc>& vector<T, Alloc>::operator=(const vector<T, Alloc>& x) {
    //自检查如果x是当前对象（&x == this） 直接返回*this
    if(&x != this) {
        if(x.size() > capacity()) {
            //如果x的大小大于当前容器的容量
            //分配新内存并复制x的内容
            iterator tmp = allocate_and_fill(x.end() - x.begin(), x.begin(), x.end());
            //销毁当前容器的内容并释放空间
            destroy(start, finish);
            deallocate();
            //更新start 和 end_of_storage
            start = tmp;
            end_of_storage = start + (x.end() - x.begin());
        }
        else if(size() >= x.size()) {
            //如果当前大小大于等于x的大小
            //将x的内容复制到当前的容器中
            //销毁多余的元素
            iterator i = copy(x.begin(), x.end(), begin());
            destroy(i, finish);
        }
        else {
            //当前大小小于X的大小
            //将x的前size()个元素复制到当前的容器中
            //将剩余的元素复制到当前容器的未初始化内存中
            copy(x.begin(), x.begin() + size(), start);
            uninitialized_copy(x.begin() + size(), x.end(), finish);
        }
        finish = start + x.size();
    }
    return *this;
}

template <class T, class Alloc>
//在指定位置插入元素
void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T& x) {
    if(finish != end_of_storage) {
        //容量足够的时候
        construct(finish, *(finish - 1));
        ++finish;
        T x_copy = x;
        //像前拷贝，当时普通指针的时候
        //会调用memmove，用到这个函数的时候，考虑内存重叠问题，这也就是为什么函数还有第三个参数
        //使用copy_backward将[position, finish - 2) 范围内的元素后移
        copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);
        *position = x_copy;//将x赋值给position位置
    }
    else {
        //容量不足的时候
        const size_type old_size = size();
        //计算新容量len，通常为当前容量的2倍（如果当前容量为0，新容量为1）
        const size_type len = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;
        iterator new_start = data_allocator::allocate(len);
        iterator new_finish = new_start;
        try{
            //将[start, finish)范围内的元素复制到新内存中
            new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);
            //在new_finish位置构造元素x,并将new_finish位置后移
            construct(new_finish, x);
            ++new_finish;
            //将[position, finish)范围内的元素复制到新内存中
            new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);
        } 
        catch(...) {
            //如果发生异常，销毁已经构造的元素并释放内存
            destroy(new_start, new_finish); 
            data_allocator::deallocate(new_start, len);
            throw;
        }

        //销毁当前容器的内容并释放内存
        //更新start, finish, end_of_storage
        destroy(begin(), end());
        deallocate();
        start = new_start;
        finish = new_finish;
        end_of_storage = new_start + len;
    }
}

template <class T, class Alloc>
//在指定位置position插入n个值为x的元素
//如果容器有足够的空间，直接在原地插入
//如果容器的空间不足，扩展内存并插入元素
void vector<T, Alloc>::insert(iterator position, size_type n, const T& x) {
  if (n != 0) {
    if (size_type(end_of_storage - finish) >= n) { // 还有剩余空间
      T x_copy = x;
      const size_type elems_after = finish - position; // 计算 position 之后的元素数量
      iterator old_finish = finish; // 保存旧的 finish 指针
      if (elems_after > n) { // 如果 position 之后的元素数量大于 n
        uninitialized_copy(finish - n, finish, finish); // 将 [finish - n, finish) 范围内的元素向后移动 n 个位置
        finish += n; // 更新 finish 指针
        copy_backward(position, old_finish - n, old_finish); // 将 [position, old_finish - n) 范围内的元素向后移动
        fill(position, position + n, x_copy); // 在 position 位置插入 n 个 x_copy
      }
      else { // 如果 position 之后的元素数量小于等于 n
        uninitialized_fill_n(finish, n - elems_after, x_copy); // 在 finish 位置插入 n - elems_after 个 x_copy
        finish += n - elems_after; // 更新 finish 指针
        uninitialized_copy(position, old_finish, finish); // 将 [position, old_finish) 范围内的元素复制到新位置
        finish += elems_after; // 更新 finish 指针
        fill(position, old_finish, x_copy); // 在 position 位置插入 elems_after 个 x_copy
      }
    }
    else { // 空间不够了
      const size_type old_size = size(); // 保存当前容器的大小
      const size_type len = old_size + max(old_size, n); // 计算新容量，至少为 old_size + n
      iterator new_start = data_allocator::allocate(len); // 分配新内存
      iterator new_finish = new_start; // 初始化 new_finish 指针
      try {
        new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start); // 将 [start, position) 范围内的元素复制到新内存
        new_finish = uninitialized_fill_n(new_finish, n, x); // 在 new_finish 位置插入 n 个 x
        new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish); // 将 [position, finish) 范围内的元素复制到新内存
      }

      catch(...) {
        destroy(new_start, new_finish); // 如果发生异常，销毁已构造的元素
        data_allocator::deallocate(new_start, len); // 释放新内存
        throw; // 重新抛出异常
      }
              
      destroy(start, finish); // 销毁当前容器的内容
      deallocate(); // 释放当前容器的内存
      start = new_start; // 更新 start 指针
      finish = new_finish; // 更新 finish 指针
      end_of_storage = new_start + len; // 更新 end_of_storage 指针
    }
  }
}